參考消息網5月7日報道 西班牙《趣味》月刊網站4月24日發表報道，題為《一項基于薛定諤的貓的實驗改寫了量子計算的未來》，內容編譯如下：

  一項新實驗在不重新設計硬件的情況下，將“貓態量子比特”的可靠性提高了160倍，從而在短期內拉近了與實用量子計算的距離。

  “薛定諤的貓”不僅是科學備忘錄和T恤衫上無處不在的形象，也是量子怪異性的象征。幾十年來，這個在盒子里既生又死的假想生物一直是量子疊加的隱喻。但很少有人想到，這一概念原理可能成為設計更穩定、抗錯性更強的量子計算機的真正基礎。

  專門從事量子計算的法國愛麗絲與鮑勃公司的一組研究人員將這一想法帶到了實驗室。在2025年3月發表于預印本文獻庫的一項新實驗研究中，他們提出了一種技術，可將“貓態量子比特”的可靠性提高160倍。最引人注目的是：無需重新設計硬件，僅通過調整量子態的形狀就可實現這一目標。這一成果可以明顯加速容錯量子計算的發展。

  量子計算的最大障礙之一是它對環境的極端敏感性。量子比特（量子信息的基本單位）不斷受到噪聲源的影響，導致計算出錯。在這些錯誤中，最常見的是比特翻轉（當比特從0變為1，或反之）和相位翻轉（當比特改變相位）。

  目前大多數量子架構都需要數十或數百個物理比特來構建一個能自動糾錯的邏輯比特。這種龐大的硬件“超支”使得量子系統難以擴展。因此，找到保護單個量子比特的方法成為當務之急。

  貓態量子比特的靈感直接來源于薛定諤的貓悖論。它們不是簡單地表示0或1，而是需要利用量子振蕩的疊加態，即諧波振蕩器的相干態。研究報告指出，貓態量子比特生活在兩個相干態所定義的空間中，而這兩個相干態的相位相反。

  這種表示方法不僅新穎，而且有效，因為兩個相干態之間的間隔越大，量子比特就越不容易發生比特翻轉錯誤。但這需要權衡：這種分離也會增加相位誤差，從而使平衡變得復雜。

  這項新研究的關鍵創新在于一種名為“量子壓縮”的技術。研究人員沒有進一步擴大兩個相干態之間的分離，而是促使它們變形，使它們的重疊減少，同時又不增加其能量。

  正如研究報告所解釋的那樣，“壓縮貓態量子比特的量子態可以減少它們在相空間中的重疊，從而指數級地抑制比特翻轉錯誤”。這種策略有一個至關重要的優勢：不會顯著增加相位誤差，而相位誤差往往會隨著傳統意義上的分離的擴大而增加。

  結果令人驚訝：對于平均光子數為4.1的穩定貓態量子比特，無比特翻轉錯誤的時間達到22秒，而一般情況下僅為138毫秒。這相當于穩定性提高了160倍，而相位翻轉的持續時間幾乎相同，都是1.3微秒。

  這不是模擬或理論模型，而是在超導電路中進行的真實實驗。該架構包括兩種模式：一種是高質量（低損耗）記憶模式，另一種是低質量緩沖模式，可作為穩定系統的媒介。

  為了誘發壓縮，研究人員使用了額外的參數泵，在不改變電路幾何形狀的情況下，誘發貓態量子比特基態的變形。正如研究報告所指出的：“這種簡單而有效的技術提高了貓態量子比特的性能，而無需修改設計?！?/p>

  此外，這種壓縮技術的有效性還在運動操作過程中進行了測試，而不僅僅是在靜止時。

  這種創新對構建通用、容錯的量子計算機具有直接的影響。研究人員認為，基于壓縮貓態量子比特的架構可以大幅減少編碼和糾錯所需的比特數。

  這項研究還設法將糾錯內置于量子比特本身的設計中，并盡量減少冗余編碼。也就是說，每個量子比特從一開始就更加可靠，從而更容易在不增加硬件的情況下擴展處理器。

  此外，研究人員還指出，這項技術還可以擴展到更復雜的操作和多個比特之間的量子門，從而使這項技術更接近化學、材料模擬或人工智能領域的實際應用。

  與其他需要從頭開始重新設計量子芯片的進展不同，這項實驗依靠的是對量子態的修改，而不是物理電路。也就是說，改進的是量子軟件，而不是硬件。

  這具有巨大的實用優勢：可以應用于現有芯片，無需重新加工，從而加快了芯片的大規模應用和測試。正如研究報告所指出的：“這種改進無需改變電路設計，只需增加一個參數泵即可實現?！?/p>

  盡管壓縮技術在量子物理學中并不新鮮，但將其實際應用于提高貓態量子比特的穩定性卻是前所未有的。而且更重要的是，這一策略確實有效：不僅減少了誤差，而且是以一種可測量、可復制的方式實現的，還沒有增加多少成本。（編譯/文怡）